浅析新能源汽车上电动水泵的应用

2018-05-18 07:40娄锋卢明陈恩辉

汽车实用技术 2018年7期

娄锋，卢明，陈恩辉

（华晨汽车工程研究院新能源工程室，辽宁沈阳 110141）

前言

随着2017年9月28日工信部正式发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，该办法将针对在中国境内销售乘用车的企业（含进口乘用车企业）的企业平均燃料消耗量（CAFC）及新能源乘用车生产（NEV 积分）情况进行积分考核。随着双积分政策的正式实施，加快发展节能与新能源汽车，是促进汽车产业转型升级、推动绿色发展、培育新的经济增长点的重要举措。因此，新能源汽车已经正式成为世界各大主机厂的重点研发车型。

新能源汽车采用的驱动动力总成、动力电池、电动部件等与传统汽车有本质区别，采用驱动电机代替内燃机。与此同时传统汽车的发动机附件—水泵的工作方式也产生相应变化，新能源汽车的水泵采用电动水泵代替传统的机械式水泵。本文针对电动水泵的在新能源汽车应用进行了阐述和分析，结合实例纯电动车型进行选型匹配设计，并进行电动水泵有效控制了，提高了电动水泵的应用水平。

1 电动水泵工作原理

目前采用的电动水泵属于离心式水泵，主要由直流电机和叶轮，泵体，泵盖，挡水圈，泵轴等部件组成，如图1所示。电动水泵工作时由直流电动机带动叶轮旋转，叶轮部分的冷却液受到旋转产生的离心力作用，被抛向叶轮外围出口，而在叶轮中心产生低压区，将冷却液从入口吸入，进而使冷却液在系统中产生循环流动。

图1 电动水泵及其组成

电动水泵电机大部分厂家选用自感应电机，并且与控制器集成一体设计，采用脉冲宽度调制(PWM)或者LIN进行电机转速的控制。

图2 电动水泵组成的循环水路

2 新能源汽车上的应用

汽车热管理技术是新能源汽车的核心技术之一，相比于传统燃油汽车，因新增了大的发热元件（动力电池，驱动电机，电机控制器，充电机等），新能源汽车冷却性能就变得格外重要。目前，由电动水泵组成的循环水路，如图2所示。电动水泵，现在主要应用于驱动电机、电动部件、动力电池等的循环冷却作用；在冬季零下工况条件下，起到循环加热循环水路的作用。

2.1 电动部件冷却循环上的应用

2.1.1 低温冷却循环上的应用

为了保证新能源汽车各电动零部件的正常使用，要求入口的冷却液温度不高于65℃，因此由散热器、电动水泵、电机控制器、驱动电机等串联组成的冷却循环回路为低温冷却循环回路（相对发动机冷却回路）。电动水泵主要作用满足驱动电机、电动部件等在车辆行驶的任何工况下都能满足热管理的技术需求；在新能源汽车上根据被冷却的部件的不同，对电动水泵的需求也不同。一般乘用车对驱动电机及电动部件的冷却用电动水泵的需求功率一般在150W以下，其可以使用12V直流电机驱动的电动水泵，并且可以使用那种取消动静密封形式的水泵。其代表为通用Volt，如图3 所示。

图3 低温冷却循环上的应用

2.1.2 动力电池上的应用

随着新能源汽车对续驶里程、轻量化的要求的不断提升，越来越多的整车厂家都从采用风冷的动力电池，逐渐向液冷的动力电池趋势发展，利用液体工质，通过水道间接或直接与发热部件接触，吸收热量并带到外部的散热器；同时，通过风冷的方式给散热器中的液体工质降温，再将降温后的液体工质送回发热部件内部重新吸收热量。这样电动水泵又出现在动力电池的冷却循环回路中，液冷是目前主流的冷却方式，其代表为通用Volt，如图4 所示。

图4 动力电池冷却循环上的应用

整个系统主要包括：电动水泵、换热器、三通阀、PTC加热器、膨胀水箱。电池需要冷却时，电池通过散热板与冷却液进行换热，加热后的冷却液被电动水泵送入换热器内，在换热器内部一侧通入制冷剂，一侧通入冷却液，两者在换热器内充分换热，热量被制冷剂带走，冷水流出换热器在流入电池，形成一个循环。电池需要加热时，关闭制冷回路，开启PTC加热器，冷却液被加热后送入电池内部，通过散热板加热电池。可以通过控制制冷回路通断以及控制PTC加热功率，来控制冷却热的温度，从而控制电池内部温度。此种方案系统比较复杂，成本比较高。

另外，冬季零下工况下，乘客舱可以利用PTC加热，然后进行乘客舱供暖。如图5所示。